ALIMENTATORI TRASFORMLESS - 2

Un’alimentatore senza trasformatore basato su un condensatore è mostrato in figura 1. La tensione di uscita Vout, fornita al carico rimane, costante purché la corrente di uscita Iout è minore o uguale alla corrente di ingresso Iin. La corrente Iin è limitata dal resistore R1 e dalla reattanza capacitiva del capacitore C1.

Il resistore R1 limita la corrente di spunto. Il valore di R1 è scelto in modo che non dissipi troppo potenza, ma da essere abbastanza grande per limitare corrente di spunto. La corrente Iin è data dalla relazione 1:

Dove VHFRMS è la tensione RMS di una semionda AC sinusoidale e XC1 è la reattanza capacitiva di C1. La VHFRMS è data dalla relazione 2:

VRMS è il valore efficace della tensione di rete (negli Stati Uniti vale 115 VAC, in Europa 220VAC), VPEAK è la tensione di picco della tensione di rete e VZ è la caduta di tensione del diodo zener D1. Assumendo la tensione di rete sinusoidale, si ha che VPEAK è 1,414 volte la VRMS. La reattanza capacitiva XC1 è data dalla relazione 3:

Sostituendo le relazioni 2 e 3 nella relazione 1 si ha:

Il valore minimo di Iin è definito dall’applicazione, mentre il valore massimo dovrebbe essere calcolato tenendo conto dei requisiti di alimentazione/ potenza dei singoli componenti.

Il valore minimo della corrente d’ingresso si ha quando la tensione Vz e la R1 assumono il valore massimo mentre il resto dei componenti e delle grandezze elettriche in gioco assumono il valore minimo. Il valore massimo e minimo dei componenti lo si calcola in base alle tolleranze. Nel caso del resistore R1, se la sua tolleranza è del 10% il suo valore massimo si ha moltiplicando il suo valore nominale per 1,10. Nel caso dei capacitori, assumendo una tolleranza del 20%, il loro valore minimo si ottiene moltiplicando il valore nominale per 0,80. Per la frequenza, nonostante l’alta precisione di base, si suppone una variazione di circa l’1% del valore nominale. Facendo quindi riferimento allo schema di figura 1:

R = R1 = 470 x 1.1 = 517;    

C = C1 = 0.47 uF x 0.8 = 0.38 uF

Vz= 5.1V;

f= 59.5 Hz

Applicando la formula finale della Iin si ha:                         Iin_min = 10.4mA

Per il calcolo della corrente massima della Iin si utilizza il valore minimo di R1 e Vz e il valore massimo dei condensatori considerando sempre le tolleranze. Nel caso del resistore R1 si moltiplica per 0,9 mentre per i condensatori si moltiplica per 1,20 e la frequenza al suo valore più alto.

R = R1 = 470 x 0.9 = 423

C = C1 = 0.47 uF x 1.20 = 0.56 uF

f = 60.1Hz

• VRMS = 120VAC

• VZ = 5V

• f = 60.1Hz

Applicando la formula finale della Iin si ha:                      Iin_max = 16.0mA

La tensione di uscita è data dalla relazione:

Assumendo un diodo Zener da 5.1V e una caduta di tensione di 0,6 V ai capi del diodo D2, la tensione di uscita sarà di circa 4.5V. Questo valore va bene in quanto all'interno delle specifiche di alimentazione ( 1.8V - 5V) per la maggior parte delle applicazioni con microcontrollore.